极端低温条件下高大平房仓不同通风工艺比较

王维忠，杨文生，梁超凡，于 群，栾志轶，王雪松，郭 瑞

（中央储备粮大杨树直属库有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 165456）

呼伦贝尔市位于内蒙古东北地区，年平均气温4.0 ℃，极端高温35 ℃，极端低温-39 ℃，无霜期140 d左右，年均降雨量545.4 mm，年最大降雨量886.1 mm，年平均降雪量37 mm，最大积雪深度为45 cm。其相对独特的低温环境适宜玉米、大豆等生长周期短的农作物生长，是我国大豆的主产区之一，年产量120万t左右。学者们对储粮技术进行了较多的研究，张学亮等[1-2]指出控温储粮技术是今后科技储粮的新方向；李杰等[3]研究表明小功率轴流风机在冬季通风在节能减损方面具有显著的优势；盛强等[4]解决了超高大平房仓配套储粮技术相关工艺参数不明确造成的仓容浪费问题；刘惠标等[5]采用智能控制系统对横向通风进行研究，在南方地区横向通风优于竖向通风，在通风均匀性、保水性和降温速率方面有优势。但目前对于内蒙古呼伦贝尔东北地区极端低温条件下的储存大豆的高大平房仓机械通风工艺研究未见相关报道。本文主要针对极端低温条件下，高大平房仓储存大豆不同通风工艺的效果进行研究，并采用SPSS统计分析软件进行数据统计分析，以期获得该区域最优的通风工艺，实现节能减排和减损增效。

1 材料与方法

1.1 试验仓房及工艺

试验仓房（4#、2#、1#）均为高大平房仓，其中4#和2#仓采用6个1.5 kW小功率轴流风机吸出式通风，1#仓采用4个7.5 kW大功率离心风机压入式通风，试验仓房条件和通风工艺详见表1。

表1 试验仓房基本情况

1.2 供试粮食情况

3个试验仓房通风作业前储粮情况见表2。

表2 试验仓房储粮情况

1.3 试验设备

1.3.1 通风设备

SFG4-2型轴流风机：1.5 kW，风压270 Pa，风量11 000 m3/h，上海第一风机有限公司；4-72-6C型离心风机：7.5 kW，风压1 116～1 760 Pa，风量8 288～16 576 m3/h，衡水伟业储粮机械设备制造有限公司。

1.3.2 测温系统

GDAS-128DT/TF粮情测温系统：赤峰金辰电子公司有限责任公司。

1.3.3 水分检测设备

FA2004B型万分之一电子天平：上海天美天平仪器有限公司；

202-1A型电热恒温干燥箱：北京中兴伟业仪器有限公司；

KN 195型保水磨：福斯分析仪器（苏州）有限公司。

1.4 试验方法

1.4.1 通风工艺参数设定

按照《粮油储藏技术规范》（GB/T 29890—2013）和《粮食机械通风技术规程》（LS/T 1202—2002）执行。

1.4.2 水分检测方法

通风前后均采用13点取样法，分层定点取样，保持检测样本一致性，检测水分时依据《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016），采用第一法即直接干燥法测定水分。

1.4.3 粮温测定方法

通风过程中通过粮情测温系统进行检测。其中，2#仓与4#仓均为77根电缆共308个测温点，1#仓为78根电缆共390个测温点。2#仓与4#仓2 d进行一次检测，1#仓每天进行一次检测。

1.4.4 数据处理

采用数据处理软件SPSS 16.0对通风前后各仓粮温温度变化进行差异性分析，因为4#和2#仓吸出式通风作业时间刚好为1#仓压入式离心风机用时的1倍，为便于分析对测温数据进行同步化处理（吸出式通风2 d视为1 d），对相关数据差异性分析具体步骤：Analyze→Comparemeans→Oneway→ANOVA单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同通风工艺降温效果分析

由表3可以看出，随着通风时间的延长，在两种通风模式下，粮温都呈下降趋势。其中最高粮温随着时间变化，2#和4#仓无显著差异，表明通风过程中粮堆内部未因热量聚集导致的短时间积聚现象；但是标准偏差未出现显著的下降趋势，表明在通风过程中粮堆温度下降的速度相对缓慢，上下层的温差较大；1#仓在通风的1 ~ 3 d和6 ~ 7 d产生了显著的差异性，标准偏差也呈下降趋势，表明上下层的温差下降速度较快。平均粮温随着时间的变化，4#仓稳步降低，未出现显著的差异性，而2#仓在通风的1 ~ 2 d和7 d出现显著的差异性；1#仓则是1、4、6 d差异显著，且1#和2#仓标准偏差有显著变小趋势，表明在通风效率上都显著高于4#仓，且2#仓降温的速度在1 ~ 5 d均大于4#仓。这可能是因为4#仓是2019年入仓的粮食，经过两年储存以后粮堆内部孔隙度下降、粮堆通透性降低导致，说明粮食储存时间对小功率轴流风机的效果也有一定的影响。最低粮温变化情况则是2#仓1 ~ 4 d和7 d有显著差异，4#仓1 ~ 3 d与7 d有显著差异，1#仓则是6 ~ 7 d与1 d有显著差异，表明最低粮温在整个通风过程中相对的变化不显著。综上，大功率离心风机在通风效率上显著高于小功率轴流风机，其降温幅度更快、效果更显著，但通风降温的均匀性却不如小功率轴流风机。

表3 不同通风工艺降温效果的差异性分析

2.2 不同气温通风降温速度差异性分析

由表4可以看出，各仓在不同外界温度时的通风，3个仓最高粮温变化无差异；最低粮温和平均粮温1#与4#仓无差异，但是与2#仓有显著差异；同时3个仓最低、最高和平均粮温的降温速度都是1#＞4#＞2#；表明在通风过程中外界温度对于通风降温速度具有显著的影响，是极端低温条件下影响通风降温速度的主要因素。因为4#、2#、1#仓在通风期间平均粮温分别为-2.42、0.30、-3.25 ℃，通风结束后4#、2#、1#仓平均温度分别为-5.0、-7.1、-11.4 ℃，与平均气温的温差绝对值分别为12～22 ℃和5.4～13.8 ℃，内外温差较大；上述情况直接导致通风过程中，仓顶局部滴水结冰情况和墙壁不同程度结霜情况，而且结霜程度1#（仓房四周）＞4#（局部少量）＞2#（基本没有）。该情况在通风结束后，气温回升前经过大约1个月的开窗自然通风，才能全部缓解。因此在通风时间段的选择上，上述各仓通风时间应该进一步提前，且平均气温与粮堆温差在10 ℃以内为宜。

表4 不同气温通风降温速率差异分析

2.3 不同通风工艺水分及能耗变化分析

表5显示，1#仓离心风机压入式通风，同比2#和4#仓轴流风机吸出式通风在效率上同比分别提高35.6%和46.9%，可以较好地实现短时间、高效率的通风降温。但单吨能耗也同比分别上升35.3%和66.7%，水分减量同比增加0.2%。按目前国产大豆6 000元/t、电费0.8元/（kW·h）测算，压入式通风（7.5 kW×4）一次增加成本分别比2#和4#仓吸出式通风（1.5 kW×6）增加79 430、79 754元。同为吸出式通风（1.5 kW×6），2#与4#仓能耗差异主要为2#仓是2021年夏季新收入库大豆，而4#是经过两个冬天的过冬粮，粮堆内部冷量较大。

表5 不同通风工艺水分及能耗变化

3 结 论

（1） 在内蒙东北地区冬季极端低温条件下机械通风受到通风时间、气温变化以及仓房维护结构导热性能等诸多因素的影响。其中外界气温对于各种通风方式都有显著的影响，是通风时需要考虑的重要因素，且粮堆内部平均温度与气温的温差不宜大于10 ℃。同时由于内蒙东北地区高大平房仓大多使用彩钢板屋面，导热性好，粮堆表层温度与外界气温基本一致，有利于粮堆内部温度梯度的分布，更适宜开展吸出式通风。如果粮堆出现大面积发热或者积热的情况，可以采用大功率离心风机进行处理以快速、高效降温。对于夏季高温季节入库的大豆，应该加强库存期间的管理，在季节交替时期，利用早晚温差，适当增加开窗通风时间，逐步释放粮堆内部积热，为后续冬季通风做好准备。

（2） 冬季机械通风过程中不论是吸出还是压入，不论大功率离心风机还是小功率轴流风机，都存在通风盲区，需要进一步加大对于通风风道布设和局部处理的研究。

（3） 本研究仅仅对该地区3个仓房进行了研究，且受到日常收购业务影响，未能在相同的气温条件下开展不同通风工艺的研究，下一步将开展更广泛和深入的研究，持续优化内蒙东北地区极端低温条件下的通风工艺，为减损降耗进一步做好技术支撑。